Система водяного опалення петраша в.д. з проміжним розміщенням теплогенератора

Реферат: Запропонована система належить до галузі водяного опалення цивільних й адміністративнопобутових будівель промислових підприємств при децентралізованому та центральному теплопостачанні з гідравлічно незалежним підключенням до теплової мережі. Система водяного опалення багатоповерхової будівлі містить у єдиному замкнутому циркуляційному контурі теплогенератор, подавальні і зворотні загальні магістралі, розподільні й збірні трубопроводи з елементами підключення стояків, розширювальний бак, двотрубні та однотрубні стояки, нагрівальні прилади, засоби видалення повітря, система оснащена циркуляційним насосом, теплогенератором з умовним центром нагрівання теплоносія, розподільними та збірними трубопроводами з елементами підключення стояків, що розташовані по вертикалі будівлі на одному рівні з загальним умовним центром охолодження води в стояках всієї системи, а комбіновані стояки, що складаються з одно- і двотрубних елементів, з'єднані загальними трубними ділянками, переважно у верхній частині виконані за схемою однотрубного стояка, який містить більшу кількість послідовно з'єднаних приладів, ніж нижня двотрубна частина, при цьому при верхній розводці розподільних трубопроводів теплогенератор з умовним центром нагрівання розміщається також на одному рівні з загальним умовним центром охолодження води в системі. UA 97991 C2 (12) UA 97991 C2 UA 97991 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована система належить до галузі водяного опалення цивільних та адміністративно-побутових будинків промислових підприємств при децентралізованому та центральному теплопостачанні з гідравлічно незалежним підключенням до теплової мережі. Відомі системи водяного опалення [1] традиційно мають нижнє розміщення теплогенераторів по висоті будинків як при центральному, так і місцевому теплопостачанні. При цьому системи розробляються з верхнім або нижнім розведенням подавальних магістралей, на фіг. 1 наведено схеми традиційних систем водяного опалення (а, б, в, г), де: 1 - джерело тепла (теплогенератор); 2 - подавальні і розподільні магістралі; 3 - зворотні і збірні магістралі; 4 циркуляційний насос; 5 - трубопроводи стояка; 6 - нагрівальні прилади; 7 - розширювальний бак; 8 - засоби видалення повітря. Відповідні рішення приймаються в основному залежно від наявності або відсутності технічного поверху (горища) з урахуванням техніко-економічних показників й інших вимог. В системі завжди є умовний центр нагріву води [1], в більшості на рівні точки котла (або середини теплообмінника), а також умовний центр загального охолодження по вертикалі всього стояка, як зрівноважене значення теплових навантажень всіх приладів, які до нього приєднані. Розрахунковий перепад наявного тиску в системі визначається сумарним значенням насосної и природної складових для досягнення необхідної інтенсивності циркуляції теплоносія. Недоліки систем як з верхнім, так і з нижнім розведенням, добре відображені в документі [2]. Наприкінці минулого століття фахівцями Німеччини була запропонована та практично реалізована система з влаштуванням джерела теплоти на рівні покрівлі будинку, фіг. 1 (а, б), де для ілюстрації прикладу виконання системи теплогенератор зображений пунктиром. Таке технічне рішення системи з розміщеним джерелом теплоти при децентралізованому теплопостачанні, крім економії корисної площі в будинку та більшій компактності всієї системи, має ряд істотних недоліків. До них належать, насамперед, протиспрямована дія гравітаційного тиску насосному, що вносить істотний негативний внесок в вертикальне розрегулювання систем, а отже, в збільшення енерговитрат і вартість засобів автоматики, пов'язаних з експлуатаційним регулюванням змінної потужності систем в опалювальний період. Характерно, що традиційні системи опалення, запроектовані та змонтовані більше 20 років тому в нашій державі, характеризувалися гідравлічним опором 12000 Па, що було рекомендовано діючими вимогами СНиП «Отопление и вентиляция II Г.7.62» для типових багатоповерхових цивільних будинків. Питома кошторисна вартість систем автоматики не перевищувала 6-9 %. Відомі технічні рішення для підвищення гідравлічної й теплової стійкості [1,2,3] систем водяного опалення, використовуються як при центральному, так і децентралізованому теплопостачанні, для створення й підтримки необхідного гідравлічного режиму за рахунок застосування теплорегулюючих клапанів, в т.ч. з підвищеним опором для двотрубних систем, засобів зниження наявних тисків на підставі стояків і магістралей, реалізованих від різних виробників, як на стадії проектної розробки, так і при експлуатації систем. Тому гідравлічний опір сучасних систем виріс в 2-3 рази, у тому числі й через те, що всі вищевказані елементи засобів регулювання самі привносять додатковий гідравлічний опір. В результаті сучасні автоматизовані системи відрізняються тим, що питома вартість засобів автоматики досягає 1520 % відносно загальної кошторисної вартості систем опалення. Крім того, на сучасному етапі розвитку енергопостачання в державі очевидно, що використання електроенергії для опалення (при істотно підвищеній вартості та дефіциті газового палива) в Україні має великі перспективи через її відносно низьку собівартість в секторі державного виробництва, її виробіток досягає більше 50 % за рахунок ядерного палива, стимулюючий тариф її ощадливого споживання протягом доби. Викладене наглядно свідчить про необхідність подальшого вдосконалювання для більш раціонального застосування систем водяного опалення багатоповерхових будинків централізованого та місцевого теплопостачання з автоматизованими та програмованими теплогенераторами, насамперед електроводяних і рідше газоводяних котлів, які дозволяють підвищити теплогідравлічну, енергетичну й техніко-економічну ефективність реконструйованих та нових опалювальних систем на основі подальшого вдосконалювання функціонального взаємозв'язку структурних елементів опалювальних і теплогенеруючих систем. Відомий аналог [4] системи водяного опалення, що позитивно відрізняється можливістю регулювання циркуляційного тиску. Він має перевагу ефективного застосування в малоповерхових будинках з одночасною акумуляцією теплоти в процесі експлуатаційного регулювання змінного теплового потоку. Відома також система водяного опалення [5], яка вибрана як найбільш близький аналог по суті запропонованого винаходу. Вона містить з'єднані в єдиний циркуляційний контур джерело 1 UA 97991 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 теплоти, подавальні та зворотні трубопроводи, загальні розподільчі та збірні магістралі, стояки, нагрівальні прилади, засоби посилення циркуляції теплоносія. Особливістю засобу регульованого посилення циркуляції в системі водяного опалення J5] є те, що він одночасно виконує функції нагрівання та керованого регулювання інтенсивності циркуляції теплоносія залежно від різниці температур внутрішнього й зовнішнього повітря. Одним з істотних недоліків при збереженні в системі такої структурно-функціональної будови для забезпечення високоефективного опалення багатоповерхових будинків є залежність інтенсивності циркуляції від рівня розміщення засобу посилення циркуляції та теплогенератора по висоті контуру опалення. В зв'язку з цим виникають складнощі застосування таких систем з підвищеною висотою їхнього розміщення для забезпечення необхідної інтенсивності циркуляції теплоносія. При розміщенні теплогенератора у верхній частині будинку робота системи утрудняється, що особливо належить до варіанта застосування систем опалення з нижнім розведенням. Очевидно, що всі зазначені технічні рішення спрямовані на подолання наслідків, тому вони безпосередньо пов'язані зі збільшенням енерговитрат у процесі змушеного зниження надлишкових тисків, не усуваючи по суті причин їхнього виникнення. Технічною задачею запропонованого винаходу є підвищення теплогідравлічної, енергетичної й техніко-економічної ефективності систем водяного опалення на основі подальшого вдосконалювання будови , конструктивного та функціонального взаємозв'язку структурних елементів системи і джерела теплоти, що має повний цикл можливостей експлуатаційного регулювання процесів виробітку та подачі теплоти в автоматичному режимі. Технічна суть винаходу полягає в створенні такого функціонального взаємозв'язку елементів опалювальної системи і автоматизованого теплогенератора (теплообмінника, як джерела теплоти), з повним циклом експлуатаційного регулювання, при якій знижується вертикальне теплогідравлічне розрегулювання до мінімально можливих значень . Зазначена задача вирішується в процесі практичного здійснення ряду істотних ознак, які полягають в наступному. Відміні ознаки в порівнянні з найбільш близьким аналогом по пристрою систем є: розміщення теплогенератора на певній висоті будинку по вертикалі системи опалення, що виключає дію вертикального гідравлічного розрегулювання, при цьому досягається мінімізація розрегулюючої дії результуючого гравітаційного тиску, що виникає в нижній і верхній зоні стояків. При цьому очевидна технічна доцільність рішення прокладки розподільних і збірних магістралей на рівні розміщення теплогенератора, у більшості випадків замість традиційних схем з верхнім і нижнім розведенням магістралей, що подають. В результаті система зі стояками по вертикалі ділиться на дві паралельно з'єднані зони по довжині загального циркуляційного кільця. Тому загальний гідравлічний опір трубопроводів по всій системі знижується до двох разів. Крім того, для вирішення поставленої задачі передбачається таке комбіноване сполучення елементів однотрубних і двотрубних стояків, що виникає, наприклад, при реконструкції систем, яка дозволяє підвищити ступінь корисного використання загальної гравітаційної складової циркуляційного тиску в системі з комбінованими стояками, а отже, представляється можливим підвищити теплоенергетичні й гідравлічні можливості систем опалення в порівнянні з системами при нижньому, а тим більше при верхньому розміщенні теплогенератора по висоті будівлі. Характерно, що при більш раціональній будові верхньої зони за схемою двотрубного стояка, наприклад при верхній розводці розподільних трубопроводів, рівень розміщення теплогенератора додатково корегується залежно від аналітично визначеної температури води посередині стояка. Таким чином, на шляху практичної реалізації відмінних ознак створюється новий напрямок удосконалювання систем водяного опалення з середньою, тобто проміжною прокладкою загальних та подавальних і збірних магістралей, довжина яких набагато менше, ніж при традиційному розміщенні теплогенератора у верхній або нижній частині будівлі. Приклад конкретного виконання структурно-функціональної будови за пропонованої системи водяного опалення графічно зображений на фіг. 2.1, 2.2 та 2.3 у вигляді спрощених схем з одно, дво- і комбінованими стояками, де позначено: 1 - джерело теплоти; 2, 3 - подавальні і збірні загальні магістралі з розподільними й збірними трубопроводами; 4 - циркуляційний насос; 5 трубопроводи стояка; 6 - нагрівальні прилади; 7 - загальні трубні ділянки; 8 - розширювальний бак; 9 - засоби видалення повітря. З фіг. 2.1, 2.2 та 2.3 очевидно, що розміщення теплогенератора на певній висоті з прокладкою загальних подавальних і збірних магістралей, розподільних і збірних труб на тому ж рівні за допомогою загальних трубних ділянок 7 з трубопроводами стояків 5 ділить систему на верхню і нижню зони, в результаті чого виникаючі 2 UA 97991 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 протиспрямовані гравітаційні тиски в нижній і верхній зонах взаємно компенсуються в роботі насосної системи, чим максимально виключаються умови виникнення вертикального розрегулювання. Крім того, підключення однотрубного стояка до магістралей в двох вузлових з'єднаннях за допомогою загальних трубних ділянок створює паралельно працюючі нижню й верхню зони, що за законами гідравліки при тому ж тепловому навантаженні та незмінних діаметрах знижує їхній загальний опір до чотирьох разів, відповідно зменшуються енерговитрати на цих ділянках. Очевидно, що і діаметри паралельних ділянок стояка можуть зменшуватися пропорційно. У системі з двотрубними стояками, фіг. 2.2, де число гідравлічних кілець визначається кількістю нагрівальних приладів, взаємно компенсуюча дія гравітаційних протиспрямованих тисків, які виникають у нижній і верхній зонах, носить більш складний характер. Тому для раціонального використання протиспрямованого складового значення гравітаційного тиску в вирішенні поставленої задачі (при реконструкції або змушеному застосуванні різних стояків) передбачається побудова системи з комбінованими стояками, фіг. 2.3. Наприклад, у верхній зоні елемент стояка - однотрубний, а в нижній -двотрубний. При цьому для раціональнішого використання гравітаційного тиску може бути збільшена кількість поверхостояків у верхній зоні для подолання протиспрямованої циркуляції теплоносія в відповідній зоні при з'єднанні їх за послідовною схемою. Очевидно, що рівень «центр охолодження води - центр нагріву води» може бути вище або нижче вертикальної середини циркуляційного контуру. Варіант вимушеного застосування верхньої розводки - при проміжному розміщенні теплогенератора, (теплообмінника, як джерела теплоти), фіг. 2.4, наочно ілюструє необхідність корегованого розміщення теплогенератора залежно від визначеної температури між зонами стояка. Викладений загальний технічний підхід в удосконалюванні структури та взаємозв'язку елементів систем водяного опалення і теплогенератора при реалізації запропонованого винаходу наочно ілюструється перевагами створюваних систем з середньою розводкою подавальних і зворотних магістралей в порівнянні з найпоширенішими сьогодні системами опалення багатоповерхових будівель, насамперед з верхньою розводкою. Практична реалізація вдосконалення систем водяного опалення по запропонованому винаході дозволяє підвищити загальну ефективність роботи систем за рахунок збільшення теплогідравлічної стійкості, при якій максимально знижується негативна дія вертикального розрегулювання. Цим забезпечується більша ефективність процесів рівномірності теплопередачі всіх нагрівальних приладів у розрахунковому режимі та в процесі експлуатаційного регулювання при зниженні вартості й енерговитрат системи опалення. Крім того, за рахунок зниження гідравлічного опору системи в паралельно працюючих ділянках верхньої та нижньої зон, по-перше, знижується їхній загальний опір до чотирьох разів у порівнянні із традиційним розміщенням теплогенератора при тих же теплових навантаженнях, по-друге, знижується довжина загальних магістралей, зменшуються діаметри розподільних трубопроводів. Відповідно зниження енергетичних витрат у роботі засобів штучної циркуляції відбувається насамперед за рахунок зменшення розрегулюючої дії мінімізованого гравітаційного тиску. При цьому знижуються витрати не тільки на відповідні засоби та системи автоматизації, але і на загальний опір, що вони привносять самі в загальний гідравлічний опір всієї системи опалення. Саме таке розташування, виконання та взаємозв'язок вище зазначених елементів дозволяє вирішити поставлену технічну задачу. Техніко-економічна ефективність сумарно враховує позитивний ефект, що досягається на основі вище перерахованих факторів зниження експлуатаційних і капітальних витрат вартості трубопроводів, циркуляційних насосів і систем автоматики. В результаті знижується не тільки загальний гідравлічний опір трубопроводів всієї системи, але й діаметри труб, а отже загальна матеріалоємність й її вартість, енергетичне навантаження на систему автоматики. Отже, підвищується загальна техніко-економічна ефективність системи. Джерела інформації 1 Сканави Α.Η, Малахов Л.М. Отопление. - Μ.: Изд-во АСВ. - 2002; 2 Туркин В.II., Туркин П.В., Тыщенко Ю.Д. Автоматическое управление отоплением жилых зданий. - М.: Стройиздат, 1987; 3 Нырков В.В. Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика. -К.: II ДП «Такі Справи», 2005. - 304с; 4 А.с. №1592657. «Система квартирного отопления», кл. F 24 D 9/02, 15.09.1990. Бюл. №34. Петраш В.Д., Петраш А.Д.; 5 А.с. №1809251, «Система водяного отопления с естественной циркуляцией». кл. F 24 D 3/00, 15.04.1993. Бюл. №14. Петраш В.Д., Полунин М.М., Камолов Г.Ф., Петраш А.Д. 3 UA 97991 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 Система водяного опалення багатоповерхової будівлі, що містить у єдиному замкнутому циркуляційному контурі теплогенератор, подавальні і зворотні загальні магістралі, розподільні й збірні трубопроводи з елементами підключення стояків, розширювальний бак, двотрубні та однотрубні стояки, нагрівальні прилади, засоби видалення повітря, яка відрізняється тим, що система оснащена циркуляційним насосом, теплогенератором з умовним центром нагрівання теплоносія, розподільними та збірними трубопроводами з елементами підключення стояків, що розташовані по вертикалі будівлі на одному рівні з загальним умовним центром охолодження води в стояках всієї системи, а комбіновані стояки, що складаються з одно- і двотрубних елементів, з'єднані загальними трубними ділянками, переважно у верхній частині виконані за схемою однотрубного стояка, який містить більшу кількість послідовно з'єднаних приладів, ніж нижня двотрубна частина, при цьому при верхній розводці розподільних трубопроводів теплогенератор з умовним центром нагрівання розміщається також на одному рівні з загальним умовним центром охолодження води в системі. 4 UA 97991 C2 Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5